萬向點光源模擬系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種點光源模擬系統，尤其涉及一種萬向點光源模擬系統。
【背景技術】
[0002] 激光核聚變是目前普遍采用的一種人工可控核聚變，它在民用和軍事上都具有十 分重大的研究意義:為人類提供一種取之不盡的清潔核能源；用來研制無放射污染的核武 器、發展高能激光武器;部分替代核實驗。
[0003] 因此，激光核聚變受到世界各核大國的高度重視，從20世紀70年代后半葉開始， 俄、美、日、法、中、英等國相繼開始高功率激光驅動器的研制。美國在此領域的研究處于領 先地位，并于2009年正式建成包含192路的超大型激光驅動裝置"NIF" ；法國正在建設的MLF 包含240路激光；日本也在醞釀建造大型激光驅動器，并計劃在2015-2020年間完成可應用 于發電的基礎技術研究。中國也建立了一系列的激光驅動裝置(星光系列、神光系列等）， 2015年完成建設的國內最大的激光驅動裝置"神光一 ΙΠ "包含48路激光。
[0004] 然而，美國NIF在2010年的點火并不順利，這在世界范圍引起了較大的震驚。針對 NIF隨后的研究發現，激光的背向散射和聚變燃料的瑞利-泰勒不穩定性是問題的根源。在 背向散射方面，美國有關方認為在Omega等其它激光聚變裝置上已經進行了透徹的研究、清 楚了激光打靶的物理過程，因而對NIF裝置的背向散射研究重視不足。
[0005] 國內對背向散射的研究起步也較早，并取得了大量的研究成果，但我們必須吸取 美國NIF的教訓，高度重視背向散射光的研究。2013年國內緊急啟動了基于神光-ΙΠ 主機的 背向散射光研究項目，共建設8套背向散射測量系統，覆蓋激光的四個打靶環角，且每個角 度選取2路，形成環-環相互對比、同環相互驗證的龐大的、系統性的測量系統。
[0006] 但是，系統還需要標定后才能使用。因為從靶點發出的背向散射光在經過一系列 光學元件到達探測器過程中，每個光學元件對背向散射光都有一定程度的衰減，而衰減系 數因波長而異;探測器上的測量值如何反映待測值是一個關鍵問題。國際上，一般通過對實 驗前的測量系統進行標定，獲得測量值與待測值之間的定量關系，以便由實驗值推算待測 值。
[0007] 標定的焦點問題是如何模擬從靶點發出的、具有特定圓錐角的點光源。
[0008] 美國在標定時采用的是抽樣標定的思路：即選用一臺點激光器，模擬從靶點發出 的某一根光線，使之通過待標系統，得到單點透過率;改變光線方向，獲得光學系統口徑內 多點的標定數據，進而綜合得到系統的光譜透過率。這種標定方法的優點是:對標定光源要 求很低，只需選擇一臺波長合適、工作穩定的小激光器即可。缺點是:存在以點蓋面的缺陷， 標定的不確定度大;另外，每套系統需要單獨搭建標定光源，耗時耗力。
[0009] 國內神光-m原型的標定系統借鑒了美國的標定方法，只不過它采用的是一個體 積龐大、具有電源箱、水冷箱的激光器，移動不便。因此只能將其光束引向球形真空靶室的 靶點，在靶室內架設反射鏡控制光束方向，以進行單點標定。上述方案的實施得益于原型裝 置真空靶室直徑小(2.4m)，人員站立其內能夠輕松操作。
[0010] 而神光-m主機的靶室直徑達6m，雖有設備輸送平臺，但人員需要進入真空靶室進 行高空調試作業，危險且耗時;況且這種抽樣標定的不確定因素較大。如果待測光路規模龐 大，則這種方法的效率極低。
【發明內容】
[0011] 本發明要解決的技術問題是提供一種標定效率高、標定精度高的萬向點光源模擬 系統，該系統可在激光聚變靶室內模擬從靶點發出的、不同方向的各路背向散射光束，為各 路背向散射測量系統的標定提供輸入光源。
[0012] 本發明的技術方案是所提供的萬向點光源模擬系統包括激光器、鉸鏈反射鏡和 D頂。其特殊之處在于還包括萬向光束模擬頭。鉸鏈反射鏡設置在激光器的輸出光路上;DIM 設置在鉸鏈反射鏡的反射光路上，鉸鏈反射鏡的反射光可通過DIM尾端真空密封窗進入 D頂;D頂的前部伸入靶室內，D頂的前端與所述萬向光束模擬頭固定連接;D頂上依次設置有 第一準直孔、第一監測相機、第二準直孔和第二監測相機，其中第二準直孔靠近所述萬向光 束模擬頭；
[0013]上述萬向光束模擬頭包括第一旋轉關節和第二旋轉關節。第一旋轉關節的旋轉軸 和第二旋轉關節的旋轉軸的軸線正交，第一旋轉關節旋轉軸和第二旋轉關節旋轉軸的軸線 的交匯處為模擬靶點。第一旋轉關節的旋轉軸的軸線與經第一準直孔和第二準直孔準直后 的輸入光的光路重合，第一旋轉關節可帶動整個萬向光束模擬頭旋轉;萬向光束模擬頭的 輸入光的光路上設置有第一五棱鏡;第一五棱鏡的出射光路上設置有第一直角棱鏡;第一 直角棱鏡的出射光路上設置有第二五棱鏡；第二五棱鏡的出射光路上設置有第二直角棱 鏡;第二直角棱鏡的出射光路上設置有第三直角棱鏡;第三直角棱鏡的出射光路上設置有 第四直角棱鏡;第四直角棱鏡的出射光路上設置有可通過電機切換的第一光束模擬鏡頭和 第二光束模擬鏡頭，其中第二光束模擬鏡頭上膠合有遮擋片；第二旋轉關節位于第二五棱 鏡和第二直角棱鏡之間，且第二旋轉關節的旋轉軸的軸線與第二五棱鏡的出射光路重合。 第一五棱鏡的兩側均設置有目苗準相機。
[0014] 上述萬向點光源模擬系統還包括鉸鏈分束鏡、監測反射鏡和監測功率計;所述鉸 鏈分束鏡設置在激光器的輸出光路上，且保證鉸鏈分束鏡的反射光為所述鉸鏈反射鏡的入 射光，監測反射鏡設置在鉸鏈分束鏡的透射光路上，監測功率計設置在監測反射鏡的反射 光路上。本發明通過設置鉸鏈分束鏡將激光器的輸出光分為兩路，其中的透射光經監測反 射鏡進入監測功率計以監視激光器是否穩定運行，其中的反射光經鉸鏈反射鏡進入D頂。
[0015] 本發明的優點是：
[0016] (1)簡化使用前的準備工作
[0017] 本發明的兩個準直孔與萬向光束模擬頭一體化，使用時只需利用D頂(公共診斷搭 載平臺）將萬向光束模擬頭送入靶室，依靠第一五棱鏡兩側的瞄準相機實現自動定位，簡化 了使用前的準備工作。
[0018] (2)易調試
[0019] 本發明在旋轉關節的旋轉軸處設置五棱鏡可保證光路無偏差運動，極大的降低了 模擬系統的調試難度。
[0020] (3)標定效率高
[0021]在對多個系統進行標定時，本發明的萬向光束模擬頭可實現模擬光束的自動轉 向，瞬間完成在待標定系統間的切換。本發明的模擬光束的自動轉向功能在大規模背向散 射測量系統標定中表現出的效率優勢更為顯著。
[0022] (4)標定精度高
[0023] 本發明將模擬靶點設置在兩個旋轉關節旋轉軸的交點處，保證了在旋轉關節轉動 時模擬靶點的位置不變;在第二光束模擬鏡頭上膠合遮擋片，無需其它支撐結構，不遮擋有 效光束，且第二光束模擬鏡頭遠離激光器，受激光衍射影響小，易于獲得輪廓清晰的環形中 空錐光束;在第一五棱鏡的兩側均設置有瞄準相機，采用這種雙目瞄準鏡頭方式，瞄準的中 心與模擬靶點重合，通過雙目瞄準鏡頭的放大成像以及雙目瞄準鏡頭的立體定位功能，能 實現IOMi的定位精度，以保證模擬靶點位置的準確性;標定時采用模擬的大光束，避免了原 來的多點標定所存在的以點蓋面的缺陷，數據準確度更高。
【附圖說明】
[0024] 圖1為本發明的萬向點光源模擬系統結構示意圖；
[0025] 圖2為本發明的萬向光束模擬頭中光路示意圖；
[0026] 圖3為本發明模擬全孔徑背向光束的原理示意圖；
[0027]圖4為本發明模擬近背向光束的原理示意圖。
[0028]其中：卜激光器;2-鉸鏈分束鏡；3-鉸鏈反射鏡;4-監測反射鏡；5-監測功率計;6-真空密封窗;7-第一準直孔;8-第一監測相機;9-第二準直孔;10-第二監測相機;11-萬向光 束模擬頭；12-DIM; 13-靶室；1101-第一五棱鏡；1102-第一直角棱鏡；1103-第二五棱鏡； 1104-第二直角棱鏡；1105-第三直角棱鏡；1106-第四直角棱鏡；1107-第一光束模擬鏡頭； 1108-第二光束模擬鏡頭；1109-模擬靶點；1110-瞄準相機;111 1-第一旋轉關節；1112-第二 旋轉關節;1113-遮擋片；1114-模擬光束。
【具體實施方式】
[0029]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步說明。
[0030]如圖1所示，本發明所提供的萬向點光源模擬系統包括激光器1